Adsorción desde una solución Adsorption from a solution
Marcela Patricia Gómez Rojas: Alejandro Marín Arcila Escuela de tecnología química, Universidad Tecnológica de Pereira, Pereira, Colombia Correo-e:
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En esta experiencia se estudió la adsorción del naranja II por bentonita desde una solución acuosa para determinar las ecuaciones y las constantes de Langmuir y Freundlich. Para tal caso se se usó masas definidas de carbón activado (adsorbente), las cuales se pusieron en contacto con soluciones de concentraciones variables de naranja II (componente adsorbido). Luego de establecer el equilibrio del sistema, se midio la absorbancia de las soluciones y se determinó el peso de naranja II adsorbido. Con la anterior información se construyó isotermas de Langmuir y Freundlich, con las cuales se obtuvo las ecuaciones que nos permitieron determinar el grado de de adsorción de cada con bentonita. Resumen —
clave — adsorbente, absorción, adsorción, isoterma de adsorción, isoterma de Freundlich, isoterma de Langmuir .
Palabras
In this experience there was studied the adsorption of the orange IInd for bentonita from a watery solution to determine the equations and the constants of Langmuir and Freundlich. For such a case there were used definite masses of activated (adsorbent) coal, which put in touch with solutions of variable concentrations of the orange IInd (adsorbed component). After establishing the balance of the system, midio the absorbancia of the solutions and determined the weight of the orange adsorbed IInd. With the previous information there were constructed isotherms of Langmuir and Freundlich, with which there were obtained the equations that allowed us to determine the degree of adsorption of every with bentonita.
La absorción de materias colorantes depende de la presencia de grupos funcionales en la fibra capaces de interaccionar con el mismo. Además, la afinidad de los colorantes por las fibras es una magnitud termodinámica que depende únicamente de la estructura química de la fibra y del colorante. Estas magnitudes no deben confundirse con la velocidad de absorción de colorante, la cual depende también de la organización supramolecular de la fibra y de la capacidad del colorante para penetrar y difundirse en el interior de la misma. Esta velocidad de absorción depende también: de la concentración de colorante, temperatura, presencia de aditivos (electrolitos) en solución, pH y estado de agregación del colorante [1]. [1]. Muchos casos de adsorción de sustancias disueltas en sólidos pueden ser formulados por la ecuación propuesta para la isoterma isoterma de adsorción por Langmuir: Langmuir:
Abstrac-
Key words – absorption, adsorbent, adsorption, isotherm of adsorption, Freundlich's isotherm, L anm ui r ´s isoth erm
I.
INTRODUCCIÓN
Donde x/m representa el peso del material adsorbido por unidad de masa media de adsorbente, c la concentración en la solución en el equilibrio, y a y b son constantes bajo las condiciones dadas. Cuando se lleva a cabo una investigación de estas características, usualmente se usan masas definidas del adsorbente en contacto con una serie de soluciones de concentraciones iniciales variables del reactivo a ser adsorbido y después de que el equilibrio se ha establecido se analizan los líquidos para determinar el grado de adsorción en cada caso. Obviamente, la cantidad adsorbida en cada caso es proporcional a la concentración.
La curva de adsorción se grafica con estos datos. La ecuación para la isoterma de adsorción puede ser escrita de la forma:
Donde cm/x es graficada contra c, una línea será obtenida si la ecuación cumple el caso investigado.
Las constantes a y b son tomadas desde el intercepto y el mínimo de la línea obtenida. Una ecuación alternativa ha sido propuesta por Freundlich:
k y n son constantes empíricas. II.
(mL) bentonita(g) 50 1.0107 40 1.0201 30 1,0050 20 1,0097 10 1,0045 5 1,0003 Tabla 2. Masa de bentonita agregada a cada una de las soluciones.
PROCEDIMIENTO
Primero se determina la longitud de onda donde está el máximo de absorbancia del naranja II, mediante un barrido a una solución preparada de este reactivo a 50ppm (solución madre). Se preparó una curva de calibración construida con el λ máximo. A partir de la solución madre de naranja II se construyó las siguientes soluciones dentro de seis frascos beakers como se indica a continuación. Número de Beaker 1 2 3 4 5 6 Volumen agua (mL) 0 10 20 30 40 50 Volumen de N(II) 50 40 30 20 10 0 Tabla 1. Volúmenes con los cuales fueron preparados las soluciones de naranja II. Después se adiciono 1g del material absorbente, bentonita, a las soluciones que se dejaron reposar para que alcance el equilibrio en unos 45 minutos agitando frecuentemente durante este tiempo.
Posteriormente, se someten a agitación alrededor de 45 minutos. Paralelamente con esto se procede a preparar las diferentes soluciones para la curva patrón, se toma las absorbancias para cada una de ellas a la longitud de absorción máxima, determinada. Los resultados se encuentran en la siguiente tabla. Concentración (ppm) Absorbancia 1 0,005 5 0,023 10 0,044 20 0,081 30 0,119 50 0,198 Tabla 3. Medidas de absorbancia para la curva patrón. La siguiente es la curva patrón. 0.25 0.2 a i c n 0.15 a b r o 0.1 s b A0.05
y = 0.0039x + 0.003 R² = 0.9997
0
Cuando el equilibrio se ha alcanzado se procedio a filtrar cada solución y a tomar sus absorbancias. III.
0
20
40
60
concentracion(ppm)
RESULTADOS Grafica 1. Curva Patrón.
En un espectrofotómetro se procedió a determinar cuál es la longitud de onda donde el naranja II tiene una mayor absorción. Se encontró que:
Las concentraciones finales de las muestras preparadas son halladas con esta curva, por medio de la ecuación de la recta.
Una vez se determinó la longitud de onda, se procedio a preparar las soluciones como se mostró en la tabla, agregando las siguientes cantidades de bentonita. Volumen adicionado de N(II) Masa
de
Una vez pasaron los 45 minutos de la agitación, se procedió a filtrar las diferentes soluciones, y se tomó la absorbancia a cada una de ellas. Los resultados obtenidos se encuentran en la siguiente tabla.
3 0.1053 4 0.06667 5 0.0292 6 -0.0007 Tabla 4. Absorbancia para las diferentes soluciones.
Muestra Absorbancia 1 0,1521 2 0.1305
Con los datos de las tablas 3 y 4, se procedió a realizar los respectivos cálculos para llenar la siguiente tabla.
Muestra [] inicial (ppm) 1 50
[] Final Ln c (ppm) 38,203 3,643
Diferencia en [] (ppm) 11,797
Gramos de adsorbidos 0,00059
2
40
32,776
3,489
7,224
0,000361
3
30
26,460
3,276
3,54
0,000177
4
20
16,740
2,818
3,26
0,000163
5
10
7,3278
1,992
2,6722
0,000134
6 Tabla
0
0
0
0
0
5.
Cálculos
Donde x/m es gramos de colorante absorbidos sobre gramos de bentonita. 0.0007 0.0006 0.0005 0.0004 m / 0.0003 x
y = 1E-05x - 2E-05 R² = 0.8085
0.0002 0.0001 0
-0.0001 0
10
20
30
40
50
C(concentracion en ppm)
Gráfica 3. x/m contra C (Isoterma de adsorción de Langmuir).
N(II)
x/m
Ln x/m C/x/m
5,837 5x10- 7,4460 4 3,538 9x10- 7,9465 4 1,761 2x10- 8,6443 4 1,628 4x10- 8,7227 4 1,334 0x10- 8,9222 4 0 0
65444, 11 92616, 35 15023 8,47 10280 0,29 54931, 03 0 realizados.
0 0
1
2
3
-2
50000
) -4 m / x ( n -6 l
-8 -10
4
y = 0.7572x - 10.641 R² = 0.6618
ln(concentracion)
0,5
De la gráfica 4, se obtiene la siguiente ecuación, con la cual se procederá a hallar las constantes empíricas n y K.
Gráfica 4. Ln x/m contra Ln C (Isoterma de adsorción de Freundlich).
De la gráfica 3, se obtiene la siguiente ecuación, con la cual se procederá a calcular los valores de a y b.
IV.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
La capacidad de adsorción de la bentonita se encuentra definida en base de isotermas de disolución. Para empezar diremos que los isotermas de adsorción (grafica 3 y grafica4) construidas con los datos obtenidos experimentalmente y esta representa la relación de dependencia entre el adsorbato adsorbido (naranja II) por peso unitario de adsorbente (bentonita). Al observar la gráfica 3. (Isoterma de adsorción para el naranja II en la bentonita), concluimos dos cosas:
FIGURA 1. Adsorción del naranja II en la superficie de la bentonita. El proceso de adsorción (para este caso específico) involucra la separación del colorante en la fase fluida acumulando el mismo en la superficie de la bentonita. Este último compuesto, actúa como el adsorbente, ya que posee una gran área superficial o un volumen de microporos, lo que permite el transporte de las moléculas del naranja II a los sitios activos de la bentonita. En el proceso de fabricación de la bentonita se forman millones de microporos en la superficie de este (los cuales le da esa gran área superficial que se mencionaba anteriormente).
Que se presenta inicialmente en el proceso de adsorción una quimisorción y luego de sucedido esto se presenta una fisisorción. que no se ha llegado a la saturación, es decir que no se ha adsorbido la cantidad que se debería adsorber de naranja II sobre la superficie de bentonita, por ende no se ha terminado el proceso de adsorción.
En las isotermas de Langmuir (grafica 3) se asume que la adsorción ocurre solamente en una monocapa, con una superficie uniforme homogéneamente estructural y que puede ocurrir en número fijo de sitios localizados del carbón activado, con todos los puntos de adsorción idéntica y energéticamente equivalentes. Para la gráfica 3 vemos que la forma de la curva nos habla de que hay formación de más de una monocapa y esto se debe a que puede presentarse los dos procesos anteriormente mencionados: una quimisorción y una fisisorción.
VI. Al hallar las constantes de Langmuir a partir de la ecuación (7 del texto de fisicoquimica) nos arroja los siguientes valores: a= 50,000 mL/g.
CONCLUSIONES
Según los resultados obtenidos se puede concluir que la bentonita, es un muy buen adsorbente. Esto debido a que es un material poroso capaz de adsorben diferentes líquidos. En el caso estudiado se puede observar que es un buen adsorbente para el naranja II.
b= 0,5 mL/mol La constante a nos indica el número máximo de moles de naranja II que pueden adsorberse sobre la superficie de la bentonita. Por tanto, si hacemos una comparación entre el máximo valor de la relación x/m (5,8375x10-4) reportado en la tabla 5. Con el valor de la constante a, concluiremos que no se ha producido la saturación total de la superficie del carbón activado con naranja II, ya que la cantidad adsorbida de naranja II es menor que la cantidad de adsorbato que realmente puede adsorber la bentonita.
Al ser el naranja II es un colorante en el cual se puede apreciar con una mayor facilidad la adsorción que lleva sobre este el naranja II. Debido a la degradación del color. Con los resultados obtenidos se puede apreciar que según el coeficiente de linealidad la isoterma que mejor se adapta al caso es la isoterma de Langmuir.
VII.
X /m < a. Como el valor de la constante b es menor que 1, decimos que la velocidad de adsorción es menor que la velocidad de desorción de naranja II en la superficie de la bentonita. Con los resultados obtenidos para la gráfica 3 se puede apreciar que la adsorción del naranja II se adecua mejor a la isoterma de Langmuir, esto debido a que tiene una mayor linealidad. Por otra parte se puede decir que para la isoterma de Freundlich los valores de las constantes empíricas n, que representa el valor de la intensidad de la adsorción tiene un valor de 0.7572 y K que representa la capacidad de adsorción que posee el carbón tiene un valor de Con estos resultados, se puede concluir que como n tiene un valor menor a la unidad la intensidad de la adsorción es favorecida. Con los valores obtenidos para las constantes empíricas se puede determinar la ecuación de Freundlich.
V.
RECOMENDACIONES
Para el caso donde la constante a nos indica el número máximo de moles de naranja II que pueden adsorberse sobre la superficie del bentonita, donde el máximo valor de la relación x/m (5,8375x10-4), se sugiere realizar el experimento con un mayor tiempo de agitación para así permitir la adsorción máxima de naranja II sobre la superficie de la bentonita.
1.
BIBLIOGRAFÍA A-Level, S.s.C. Rates of Chemical Reactions. 2008; Available from: http://www.4college.co.uk/a/ep/rates.php.
